CN113241788B - 风电系统异步采样实时削峰填谷控制方法、装置及存储介质 - Google Patents

风电系统异步采样实时削峰填谷控制方法、装置及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种风电系统异步采样实时削峰填谷控制方法、装置及存储介质，属于风力发电技术领域。利用风储联合发电系统中的储能系统实施以下控制策略，首先设定储能系统的运行时间间隔并启动储能系统，然后获取当前时刻储能系统向电网的输送功率和风电系统的原始输出功率，计算当前时刻电力变换装置的功率，最后计算得到下一时刻储能系统的指令功率，循环上述步骤，直至储能系统停止运行。本发明不依赖于负载和风电出力预测，又不需要未来数据，降低基于功率预测的一类算法带来的计算压力、提高控制的实时性，具有良好的应用前景。

Description

风电系统异步采样实时削峰填谷控制方法、装置及存储介质
技术领域
本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种风电系统异步采样实时削峰填谷控制方法、装置及存储介质。
背景技术
风力发电作为可再生能源的主力，在风资源丰富的国家地区得到了大规模的应用。而其时间分布不均匀和出力不稳定的特点也给风电的并网利用带来了极大的困扰。为减少风力并网发电系统发电功率的波动对电网造成的影响，提高风电渗透率，结合储能系统进行风力发电出力的实时调度是非常必要的。
削峰填谷，是风储联合发电系统的重要功能之一，大容量的电池储能系统可以在较长的时间跨度内，改变风电出力特性。目前常用的调度控制策略，存在两类问题：在线运行的调度策略，极大的依赖对风电出力和负载功率的预测，然后基于预测值来设定储能系统的充放电动作，预测准确度越高，则调度效果越好，这就将调度的难度转移到了预测过程，并未真正解决调度的准确性问题；最优调度策略，需要掌握全部时间段内的风电出力数据，然后基于成本函数来求解最优的充放电策略，这显然难以用于实时控制。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种风电系统异步采样实时削峰填谷控制方法、装置及存储介质，不依赖于负载和风电出力预测，又不需要未来数据，降低基于功率预测的一类算法带来的计算压力、提高控制的实时性。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种风电系统异步采样实时削峰填谷控制方法，利用风储联合发电系统中的储能系统实施以下控制策略，包括：
S1：设定储能系统的运行时间间隔并启动储能系统；
S2：获取当前时刻风储联合发电系统向电网的输送功率和风电系统的原始输出功率；
S3：计算当前时刻储能系统电力变换装置的功率；
S4：计算下一时刻储能系统的指令功率；
S5：循环S2～S4，直至储能系统停止运行。
优选地，S1中，运行时间间隔包括短间隔t和长间隔T，T＝nt，n为大于等于1的整数或有理数。
进一步优选地，S3中，当前时刻k电力变换装置的功率Pconv(k)＝Pgrid(k)-Pwind(k)，其中，Pgrid(k)为当前时刻风储联合发电系统向电网的输送功率，Pwind(k)为风电系统的原始输出功率，Pconv(k)>0表示放电，Pconv(k)<0表示充电。
进一步优选地，S4中，下一时刻k+1储能系统的指令功率为：
Figure GDA0003857675540000021
其中，Pwind(T)为当前时刻的长间隔T中，风电系统的输出平均功率；Plim(T)为在当前的长间隔T中的功率限制值，超过此功率限制值的多余功率充入储能系统；Poffset是功率补偿量；Tpass是在当前时刻的长间隔T中，已经度过的时间长度(0<Tpass<T)。
进一步优选地，Plim(T)根据电网的要求选取固定值或变化值。
进一步优选地，功率补偿量Poffset采用二分查找算法确定，具体为：
1)确定功率补偿量Poffset的上下限，并确定该算法的运行总次数；
2)设定储能系统的放电功率Pdis，并假设储能系统容量Enorm无限大；
3)采用二分查找法确定功率补偿量Poffset的试探值Ptest；
4)设定储能系统的充电功率Pcha；
5)令功率补偿量Poffset＝Ptest，执行S1～S5的步骤；如果满足控制策略要求，则Poffset＝Pmax＝Ptest；如果不满足控制策略要求，则Pmin＝Ptest；Pmax为功率补偿量Poffset的上限值。
进一步优选地，步骤1)中，运行总次数为idx，其中Pmin＝0，Pmax＝Ppeak-Plim，
Figure GDA0003857675540000031
ceil为向上取整，ΔPoffset为功率补偿量Poffset的变化步长，Ppeak为风电系统的功率极值；步骤2)中，放电功率Pdis＝Ppeak-Plim+Poffset；步骤3)中，功率补偿量Poffset的试探值
Figure GDA0003857675540000032
步骤4)中，充电功率
Figure GDA0003857675540000033
Cdis和Ccha分别为储能系统的放电和充电倍率；步骤5)中，满足控制策略要求时，Pgrid≤Plim，此时Pmax＝Poffset＝Ptest；不满足控制策略要求时，Pgrid>Plim，此时Pmin＝Ptest。
进一步优选地，循环进行步骤2)～5)，直至循环次数大于运行总次数idx，计算储能系统的容量Enorm：
Figure GDA0003857675540000034
其中，max{Ebat}和min{Ebat}是储能系统在整个运行时间内的最大和最小值，SoCmax和SoCmin是储能系统荷电状态在整个运行时间内的上限和下限。
本发明还公开了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述风电系统异步采样实时削峰填谷控制方法的步骤。
本发明还公开了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述风电系统异步采样实时削峰填谷控制方法的步骤。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的风电系统异步采样实时削峰填谷控制方法，对风储联合发电系统中的储能系统实施以下控制策略，首先设定储能系统的运行时间间隔(预测间隔)并启动储能系统，然后获取当前时刻储能系统向电网的输送功率和风电系统的原始输出功率，计算当前时刻电力变换装置的功率，之后通过实时计算补偿功率以及基于补偿功率来修正储能系统的出力功率，最后计算得到下一时刻储能系统的指令功率，在储能系统的整个运行控制过程中，循环进行上述步骤，计算其指令功率。本发明通过把每一个较长的预测间隔进一步划分为多个短的时间间隔，并在短间隔内使用实时的补偿功率查找算法进行补偿功率的计算并在当前长间隔内进行调整，使整个计算过程能够在设定的时间间隔内完成，保证了计算的实时性，亦实现了不依赖负载和风电出力预测以即不需要未来预测数据的特点，并且能降低基于功率预测的一类算法带来的计算压力，实现实时计算，有助于提高整个储能系统控制的实时性，具有广泛的应用前景和较高的实用价值。
进一步地，采用二分查找算法确定功率补偿量，降低了算法复杂度，提高了计算效率。
更进一步地，二分查找算法还可以确定储能系统的容量，能够在系统设计阶段根据已有运行数据来确定合理的储能容量，且二分查找算法复杂度低，计算负荷更小，因此查找效率更高。
附图说明
图1为本发明确定功率补偿量和储能系统容量两个参数的算法流程图。
具体实施方式
下面以附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明的风电系统异步采样实时削峰填谷控制方法，利用风储联合发电系统中的储能系统实施以下控制策略，包括：
S1：设定储能系统的运行时间间隔并启动储能系统；运行时间间隔包括短间隔t和长间隔T，T＝nt，n为大于等于1的整数或有理数。
S2：获取当前时刻风储联合发电系统向电网的输送功率和风电系统的原始输出功率；
S3：计算当前时刻储能系统电力变换装置的功率；当前时刻k电力变换装置的功率Pconv(k)＝Pgrid(k)-Pwind(k)，其中，Pgrid(k)为当前时刻风储联合发电系统向电网的输送功率，Pwind(k)为风电系统的原始输出功率，Pconv(k)>0表示放电，Pconv(k)<0表示充电。
S4：计算下一时刻储能系统的指令功率；
下一时刻k+1储能系统的指令功率为：
Figure GDA0003857675540000051
其中，Pwind(T)为当前时刻的长间隔T中，风电系统的输出平均功率；Plim(T)为在当前的长间隔T中的功率限制值，超过此功率限制值的多余功率充入储能系统；Poffset是功率补偿量；Tpass是在当前时刻的长间隔T中，已经度过的时间长度(0<Tpass<T)。Plim(T)根据电网的要求选取固定值或变化值。
功率补偿量Poffset采用二分查找算法确定，具体为：
1)确定功率补偿量Poffset的上下限，并确定该算法的运行总次数；
2)设定储能系统的放电功率Pdis，并假设储能系统容量Enorm无限大；
3)采用二分查找法确定功率补偿量Poffset的试探值Ptest；
4)设定储能系统的充电功率Pcha；
5)令功率补偿量Poffset＝Ptest，执行S1～S5的步骤；如果满足控制策略要求，则Poffset＝Pmax＝Ptest；如果不满足控制策略要求，则Pmin＝Ptest；Pmax为功率补偿量Poffset的上限值。
步骤1)中，运行总次数为idx，其中Pmin＝0，Pmax＝Ppeak-Plim，
Figure GDA0003857675540000061
ceil为向上取整，ΔPoffset为功率补偿量Poffset的变化步长，Ppeak为风电系统的功率极值；步骤2)中，放电功率Pdis＝Ppeak-Plim+Poffset；步骤3)中，功率补偿量Poffset的试探值
Figure GDA0003857675540000062
步骤4)中，充电功率
Figure GDA0003857675540000063
Cdis和Ccha分别为储能系统的放电和充电倍率；步骤5)中，满足控制策略要求时，Pgrid≤Plim，此时Pmax＝Poffset＝Ptest；不满足控制策略要求时，Pgrid>Plim，此时Pmin＝Ptest。
循环进行步骤2)～5)，直至循环次数大于运行总次数idx，计算储能系统的容量Enorm：
Figure GDA0003857675540000064
其中，max{Ebat}和min{Ebat}是储能系统在整个运行时间内的最大和最小值，SoCmax和SoCmin是储能系统荷电状态在整个运行时间内的上限和下限。
S5：循环S2～S4，直至储能系统停止运行。
下面以一个具体实施例来对本发明进行进一步的解释说明：
设定初始参数，短间隔t＝1min，长间隔T＝15min，获取在程序运行之前的一个长间隔内，风电功率的极值Ppeak，同时指定削峰填谷策略所要求的功率极限值Plim，设定功率补偿量的上下限初值：Pmin＝0，Pmax＝Ppeak-Plim；
确定功率补偿算法中循环的运行总次数
Figure GDA0003857675540000065
ceil是向上取整，ΔPoffset是功率补偿值Poffset的变化步长，可以根据精度需求按Poffset的百分比来自行设定，同时设定循环技术变量i＝0；
确定功率补偿值的试探值
Figure GDA0003857675540000066
确定储能系统放电功率Pdis＝Ppeak-Plim+Ptest；
确定储能系统充电功率
Figure GDA0003857675540000067
其中Cdis和Ccha分别为放电和充电倍率，根据储能系统类型和运行条件自行设置；
开始运行实时削峰填谷控制策略，以下具体描述：
当前时刻为k时刻，k时刻向电网输送功率为Pgrid(k)，风力发电输出功率为：Pwind(k)；
当前时刻电力变换装置功率为Pconv(k)＝Pgrid(k)-Pwind(j)，其中，Pconv(k)>0表示放电，Pconv(j)<0表示充电；
计算k+1时刻的储能系统指令功率：
Figure GDA0003857675540000071
其中，Pwind(T)为当前的大间隔T中，风电平均功率，Plim(T)则是在当前的大间隔T中，功率限值，超过此功率，则多余功率充入储能系统，Poffset是功率补偿量；Tpass是在当前的大时间间隔中，已经度过的时间长度(0<Tpass<T)。
若在k+1时刻，满足Pgrid(k+1)≤Plim(T)，此时Pmax＝Poffset＝Ptest，如果不满足，即Pgrid(k+1)>Plim(T)，此时Pmin＝Ptest。i＝i+1，继续进行上述步骤1～步骤6的循环，直至i≥idx；
计算储能系统容量为Enorm
Figure GDA0003857675540000072
max{Ebat}和min{Ebat}是储能系统在整个运行时间内的最大和最小值，SoCmax和SoCmin是储能系统荷电状态在整个运行时间内的上限和下限。
本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明所述风电系统异步采样实时削峰填谷控制方法的步骤。
本发明风电系统异步采样实时削峰填谷控制方法可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本发明风电系统异步采样实时削峰填谷控制方法如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
基于这样的理解，在示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于该计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读存储介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。其中，所述计算机存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或数据存储设备，包括但不限于磁性存储器(例如软盘、硬盘、磁带、磁光盘(MO)等)、光学存储器(例如CD、DVD、BD、HVD等)、以及半导体存储器(例如ROM、EPROM、EEPROM、非易失性存储器(NANDFLASH)、固态硬盘(SSD))等。
在示例性实施例中，还提供计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述风电系统异步采样实时削峰填谷控制方法的步骤。处理器可能是中央处理单元(CentralProcessingUnit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignalProcessor、DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-ProgrammableGateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。
需要说明的是，以上所述仅为本发明实施方式的一部分，根据本发明所描述的系统所做的等效变化，均包括在本发明的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种风电系统异步采样实时削峰填谷控制方法，其特征在于，利用风储联合发电系统中的储能系统实施以下控制策略，包括：
S1：设定储能系统的运行时间间隔并启动储能系统；运行时间间隔包括短间隔t和长间隔T，T＝nt，n为大于等于1的整数或有理数；
S2：获取当前时刻风储联合发电系统向电网的输送功率和风电系统的原始输出功率；
S3：计算当前时刻储能系统电力变换装置的功率；当前时刻k电力变换装置的功率Pconv(k)＝Pgrid(k)-Pwind(k)，其中，Pgrid(k)为当前时刻风储联合发电系统向电网的输送功率，Pwind(k)为风电系统的原始输出功率，Pconv(k)>0表示放电，Pconv(k)<0表示充电；
S4：计算下一时刻储能系统的指令功率；下一时刻k+1储能系统的指令功率为：
Figure FDA0003857675530000011
其中，Pwind(T)为当前时刻的长间隔T中，风电系统的输出平均功率；Plim(T)为在当前的长间隔T中的功率限制值，超过此功率限制值的多余功率充入储能系统；Poffset是功率补偿量；Tpass是在当前时刻的长间隔T中，已经度过的时间长度，0<Tpass<T；S5：循环S2～S4，直至储能系统停止运行。
2.如权利要求1所述的风电系统异步采样实时削峰填谷控制方法，其特征在于，Plim(T)根据电网的要求选取固定值或变化值。
3.如权利要求1所述的风电系统异步采样实时削峰填谷控制方法，其特征在于，功率补偿量Poffset采用二分查找算法确定，具体为：
1)确定功率补偿量Poffset的上下限，并确定该算法的运行总次数；
2)设定储能系统的放电功率Pdis，并假设储能系统容量Enorm无限大；
3)采用二分查找法确定功率补偿量Poffset的试探值Ptest；
4)设定储能系统的充电功率Pcha；
5)令功率补偿量Poffset＝Ptest，执行S1～S5的步骤；满足控制策略要求时，Pgrid≤Plim，此时Pmax＝Poffset＝Ptest；不满足控制策略要求时，Pgrid>Plim，此时Pmin＝Ptest；Pmax为功率补偿量Poffset的上限值。
4.如权利要求3所述的风电系统异步采样实时削峰填谷控制方法，其特征在于，步骤1)中，运行总次数为idx，其中Pmin＝0，Pmax＝Ppeak-Plim，
Figure FDA0003857675530000021
ceil为向上取整，ΔPoffset为功率补偿量Poffset的变化步长，Ppeak为风电系统的功率极值；步骤2)中，放电功率Pdis＝Ppeak-Plim+Poffset；步骤3)中，功率补偿量Poffset的试探值
Figure FDA0003857675530000022
步骤4)中，充电功率
Figure FDA0003857675530000023
Cdis和Ccha分别为储能系统的放电和充电倍率。
5.如权利要求4所述的风电系统异步采样实时削峰填谷控制方法，其特征在于，循环进行步骤2)～5)，直至循环次数大于运行总次数idx，计算储能系统的容量Enorm：
Figure FDA0003857675530000024
其中，max{Ebat}和min{Ebat}是储能系统在整个运行时间内的最大和最小值，SoCmax和SoCmin是储能系统荷电状态在整个运行时间内的上限和下限。
6.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述的风电系统异步采样实时削峰填谷控制方法的步骤。
7.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述的风电系统异步采样实时削峰填谷控制方法的步骤。
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